核工程与核技术毕业设计（论文）-银活化探测系统初探.doc

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1、东华理工大学毕业设计（论文） 摘 要 毕毕业业设设计计（论论文文） 题题 目目 银活化探测系统初探银活化探测系统初探 英文题英文题 the preliminary explore of sliver activation probing system 学生姓名学生姓名 专专 业业 核工程与核技术 班班 级级 指导教师指导教师 东华理工大学毕业设计（论文） 摘 要 二二 零零 一一 一一 年年 六六月月 摘摘 要要 中子同其他中性辐射一样，本身不带电，所以中子通过物质时和物质中的电子 是不发生作用的，因此中子在物质中不能直接引起电离，所以中子的探测比带电粒 子和 射线的探测要困难的多。中子活化探

2、测技术为中子的探测带来了革命，成为 探测中子的主要手段。银活化探测系统是依据部分稳定核素经中子辐照后具有放射 性，通过测量积累的放射性活度可以求出中子注量（率）达到探测中子的目的。能 够用作活化材料的元素很多，较常用的有铟、银、铜、铝、铅及金等。银具有半衰 期比较合适，对慢中子的活化截面很大，生成的放射性的粒子能量适中便于测量以 及银片本身较软，很容易加工成薄片等特点，使银成为最常用的一种激活片。本论 文的主要工作就是通过对大量文献资料的调研及总结来研究银活化探测系统的国内 外发展现状。为进一步理解和掌握银活化探测系统，本论文详细介绍了银活化探测 系统工作原理、探测步骤及特点；并以中子活化探测

3、技术的发展历史为主线，介绍 银活化探测系统在各领域的发展趋势及应用前景。并通过对比得出银活化探测中子 注量的许多优点。充分显示它在中子注量(率)和中子产额的测量中的广阔应用前景。 关键词：关键词：银活化；铜活化；铅活化；中子注量测量； 东华理工大学毕业设计（论文） 摘 要 ABSTRACT neutrons itself is not charged ,similar to other neutral radiation, so the neutron and the electronic in the substance are not work when it get through su

4、bstance . And neutrons in matter can not directly to the left, so the exploring of neutron will be more difficult than the exploring of charged particle and the gamma rays .The detection technology of the neutron activation brings the revolution for the exploration of the neutron, becoming the main

5、means to detect the neutron. The silver activation detection system is based on the part of the stable neutron element possesses radiation after being radiated by neutron , then we can get the amount of neutron by measuring accumulated radioactive rate ,then we can realize the purpose of detecting t

6、he neutron .There are many elements that can be used for the activation material, what are commonly used are Indium, silver, copper, aluminium, lead and gold, etc. The silver has some characteristics ,for example, it has a adequate ageing period ,and possesses a bigger activation section to slow neu

7、tron, and generates fit radioactive particles energy ,facilitating the measurement and silver itself is a soft and easy to be processed into flakes, and so on .these characteristics make silver become the most common activation piece . The main work of this paper is to study the development of the s

8、tatus at home and abroad through a large number of documents and summary of researches .In order to further understand and master the neutron activation technique, the paper described detailly the working principle, the working process and the features of the neutron activation analysis technology.

9、And then in accordance with the history of development of the technology, the paper introduced the development trends and application prospects in various fields, in which there is also a simple comparison among the Cu activation , Ag activation and Pb activation of three types on their applications

10、 in the field of nuclear radiation detection to highlight their respective strengths and weaknesses, and fully demonstrate their broad application prospects in the field of nuclear measurement . Keywords: Neutron activation analysis； Cu-activated； Ag-activated； Pb-activation 东华理工大学毕业设计（论文） 目 录 目 录 绪

11、论 1 1银活化探测系统分析概述 .3 1.1 活化分析的分类3 1.2 活化分析的基本原理3 1.3 银活化探测系统分析的主要特点4 1.4 银活化探测系统测量的方法步骤5 2.银活化探测系统的发展现状 9 2.1 中子活化分析的发展历史9 2.2 银活化探测技术的发展现状10 2.3 银活化探测系统的应用12 3.三种活化法的比较和活化分析的优点 .14 3.1 三种活化法的比较14 3.1.1 铜活化法814 3.1.2 铅活化法216 3.1.3 银活化探测系统5,7.16 3.2 活化分析的特点有点17 结论 .18 致谢 .19 参考文献 .20 东华理工大学毕业设计（论文） 绪

12、论 1 绪论绪论 银活化探测系统即是中子活化分析的应用，中子同其他中性辐射一样，本身不 带电，所以中子通过物质时和物质中的电子是不发生作用的，因此中子在物质中不 能直接引起电离，所以中子的探测比带电粒子和下射线的探测要困难的多。 中子活化法是探测中子的一种有效手段，它是依据部分稳定核素经中子辐照后 具有放射性，通过测量积聚的放射性活度可以求出中子的注量(率)，达到探测中子 的目的。该法是用一定能量和流强的中子轰击待测试样，然后测定由核反应生成的 放射性核素衰变释放出的缓发辐射或者直接测定核反应中放出的瞬发辐射，从而实 现元素的定性和定量分析。基于核活化法的中子探测器主要用于高中子注量率、并 伴

13、有强 X 和强 辐射的场合下进行中子探测。活化法的这种强的抗干扰特性使它优 于其它探测方法，因而使它被应用到强脉冲辐射场的中子诊断中成为可能。但还是 需要从活化材料的选择和探测器的设计方面入手使活化法真正在脉冲辐射场诊断中 具备平的能量响应和较高的探测效率。 中子活化分析作为探测、了解中子性能的一种手段，从 1936 年匈牙利化学家 赫维西及合作者首次建立活化分析以来，至今已有近七十年的历史了。活化分析是 一种核分析技术，在初期，它只是作为原子能技术发展进程中的一种副产物，而今 天活化分析技术己大规模的应用于环境科学、生物学、医学、材料科学、地球化学、 考古学以及众多的其他领域中。在可以用于活

14、化分析的各种入射粒子中，中子，特 别是热中子，以其对平能量响应银活化探测器研制及其在强 X、 场中中子注量测 量研究物质强的穿透能力和对多种元素高的作用截面，构成了活化分析家族的主流。 活化法在脉冲中子测量方面主要用来对中子注量率进行定量分析。在核物理中， 凡涉及到研究中子与原子核相互作用的问题，都首先遇到中子注量率测量问题，中 子注量率测量的准确性直接影响各种参数测量的准确性。 银活化探测系统是依据部分稳定核素经中子辐照后具有放射性，通过测量积累 的放射性活度可以求出中子注量（率）达到探测中子的目的。能够用作活化材料的 元素很多，较常用的有铟、银、铜、铝、铅及金等。银具有半衰期比较合适，对慢

15、 中子的活化截面很大，生成的放射性的粒子能量适中便于测量以及银片本身较软， 很容易加工成薄片等特点，使银成为最常用的一种激活片。 本论文的第一部分讲述银活化探测系统概述。从活化分析的分类,活化分析的 原理，银活化探测系统的特点和银活化探测的测量步骤几个方面阐述;第二部分主 东华理工大学毕业设计（论文） 绪 论 2 要经书银活化探测系统的发展现状。从活化分析的历史，银活化探测技术的发展现 状和银活化探测系统的应用几个方面阐述。第三部分讲述了三种活化法的比较和银 活化法的优点。最后通过上面的阐述，总结银活化探测技术的应用前景和对未来银 活化探测系统的展望。 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测

16、系统分析概 述 3 1银活化探测系统分析概述银活化探测系统分析概述 银活化探测系统分析作为一门新兴的学科，由于其在中子注量测量和中子产额 测量中发挥着不可替代的作用，越来越受到人们的重视。下面，就银活化探测系统 做简单的分析概述。 1.1 活化分析的分类活化分析的分类 为了更加深入全面的了解银活化探测系统的设计思想，下面先简述活化分析的 分类方法。 按照射粒子分，可分为三类： 中子活化分析（银活化探测系统就是属于中子活化分析） 带电粒子活化分析 光活化分析 当然，上述分类方法并末包括活化分析种类的全部。还可以按性质分，按活化 方法分。瞬发辐射活化分析这种方法近年来有一定发展，它也可以作为常规活

17、化分 析的一种补充。 1.2 活化分析的基本原理活化分析的基本原理 中子与原子核相互作用时，辐射俘获是很主要的过程。稳定的原子核吸收中子 后形成一个处于激发态的复合核，复合核通过发射一个或几个 光子迅速跃迁回到 基态。这种俘获中子，放出 光子的过程叫辐射俘获，用(n，）表示。新生成的 核素一般都是放射性的核素，会放出 射线或 射线。若活化材料的反应截面精 确已知，则通过被中子照射一段时间后的活化材料中所生成的放射性的测量，并根 据所形成的核素的衰变纲图，可以算出活化材料中形成的放射性活度，从而求得中 子注量。 银活化探测器主要被用来测量慢中子，银元素对于慢中子的核反应方程如下: 107Ag 天

18、然丰度为 51.82%，109Ag 天然丰度为 48.18%，活化后生成的放射性核 素放射 粒子能量分别为 1.6MeV 和 2.9MeV。 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测系统分析概 述 4 1.3 银活化探测系统分析的主要特点银活化探测系统分析的主要特点 银活化片仅对热中子的反应截面高，对银的两种同位素而言，中子被共振俘获 (活化)的能量低于 100eV，因此快中子和银并没有明显的反应截面，为了测量快中 子的需要常使银活化计数器埋于由石蜡或聚乙烯组成的慢化体材料中。中子不带电 荷，磁矩又很小，所以它和物质的相互作用主要表现为中子与介质原子核的相互作 用，即中子的弹性散射、非弹性散射

19、和吸收。中子源产生的快中子进入物质以后， 一般经过一、二次非弹性散射能量就降低到介质原子核的第一激发态以下，这时主 要是弹性散射，经过几十次或上百次的弹性散射，中子能量降低为热中子，这一过 程称为中子的慢化，然后，热中子通过扩散直到最后被核俘获。 由于天然银具有两种同位素，因此活化以后的值为:设慢中子与 109Ag 的反应截 面为。与 107Ag 的反应截面为 。生成的放射性核110Ag 的衰变常数为 ，放射 性核 108Ag 的衰变常数为 ，中子注量为 。t0 时刻取出激活片，t1 时刻开始测 量，t2 时刻结束测量，那么 t1 到 t2 之间测到的放射性核 110Ag 衰变总数将是 )1

20、( )( )( )()( )()( 0 )( 2 1 0 02010 110 0201 110 01 110110 tttttAg ttttAg tt AgAg eee N ee tN etNN （11） t1 到 t2 之间测到的放射性核 108Ag 衰变总数将是 )1 ( )( )( )( )( )( )( 0 )( 2 1 0 02010 108 0201 108 01 108108 tttttAg ttttAg tt AgAg eee N ee tN dtetNN （12） 其中： 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测系统分析概 述 5 %82.51 107 107 A Ag Ag

21、 N N ds N （13） %18.48 109 109 A Ag Ag N N ds N （14） 他们分别为材料中的 107Ag 的原子核数与材料中的109Ag 的原子核数。 若探测系统的总探测效率为 ，计数本底为 B，记录系统的计数为 C，则: )()( 108110 AgAg NNBC （15） 在银活化探测器中，利用银元素被活化后的放射性核具有 放射性的特点， 将对慢中子探测转换为对 射线的探测。GM 计数器是一种被广泛用来测量 粒子数目的气体探测器，当入射粒子经过薄窗进入 GM 计数管后，利用核辐射 在气体中的电离效应，收集由电离效应产生的电离电荷来探测核辐射。由于 G M 计数

22、器中的气体放大机制中存在雪崩再生现象，因此阳极收集到的电荷远远大 于入射粒子电离产生的粒子对电荷并且与原总电离数无关，因此输出的脉冲幅度较 大。由于 G 一 M 计数器在银活化探测器系统中有着重要的作用。下面将介绍 G 一 M 计数器的一些重要特点。 GM 计数器是使用较早、最广泛的一种探测器，它具有一系列的优点:(1)灵 敏度高:不论何种类型的射线，如果能够在计数器的灵敏区内产生一对离子，便可 能引起放电而被记录。(2)输出脉冲幅度大:输出脉冲幅度可达几伏甚至几十伏，可 以不必经放大器或只需单级放大器便能触动记录电路。(3)稳定性高:不受外界电磁 场的干扰，而且对电源的稳定度要求不高。(4)

23、制造简单，易于加工成各种形状、 尺寸和窗口;价格便宜;容易操作等，所以至今在核素应用和剂量监测工作中仍是常 用的探测器。它的缺点是:不能鉴别粒子种类和能量;分辨时间长(约 100 一 300s)， 所以不能用于高计数率测量;正常工作的温度范围较小;有乱真计数。 GM 计数器的分辨时间由正离子鞘的整个漂移时间决定，使脉冲变窄是没有 多大意义的，因此负载电阻凡不必选得过小，通常在 515M 范围内，RL 太大 影响分辨时间，太小使坪特性变坏。 1.4 银活化探测系统测量的方法步骤银活化探测系统测量的方法步骤 因为中子在高截面的材料中的平均自由程很小，为了避免活化材料在中子照射 东华理工大学毕业设计

24、（论文） 银活化探测系统分析概 述 6 过程中对中子场的注量的干扰，活化材料要做成薄片状。把这种活化片放入中子场 中照射时，片中产生的放射性核数将不断增加，但所产生的放射性核数是不稳定的， 其中部分会衰变掉，且随着所产生的放射性核数的增加，单位时间内衰变掉的数目 也不断增加。 用活化法可以测量从热中子到快中子各个能区的中子注量。 活化法的流程图如图 1 所示。在 t=0 时将激活片放入中子场中受照射，在 t0 时 取出，放到测量装置中，于 tl 时刻开始测量其放射性，到 t2 时测量结束。 图 11 活化法流程图 如不考虑活化片的自吸收，可以认为中子通过活化片后没有衰减。这样， 在片内放射性核

25、的产生率 R 为: NTR (16) 式中: 为中子注量; 是原子核的有效活化截面; NT 是活化片中的原子核数。 AT N A ds N （17） 式中:d 为活化片的厚度; s 为活化片的面积; 为活化片密度; A 为活化片元素的原子量; NA 为阿佛加德罗常数。 在活化片被中子照射过程中，所产生的放射性核的衰变率可简单的由 N2 给出，其中 为所生成的放射性核素的衰变常数，N2 是活化片中现存的放 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测系统分析概 述 7 射性核的总数。由产生率与衰变率之差给出 N2 的变化率为: 2 2 NR dt dN （18） 假设，R 是一个常数，这意味着在照射

26、期间中子注量不变，并且我们忽略活 化片的燃耗。利用初始条件 t=o 时，t=0，解上式得: )1 ()( 2 t e R tN （19） 活化片照射过程中 t 时刻的放射性活度 A(t)由兄丛(t)给出,即 )1 ()( t eRtA （110） 活化片的放射性活度随照射时间的变化如下图所示。 1.22 激活片中放射性核素的变化情况 当照射时间 6 倍于放射性核的半衰期时，活化片内放射性活度达饱和值 (即放射性核数的产生率等于衰变率)。饱和放射性活度由下式给出: TactN RA 0 （111） 设照射时间为 t0，在 t=t0 时刻将活化片从中子场中取出，则 t0 时刻活化片具 有的活度为：

27、 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测系统分析概 述 8 )1 ()( 0 00 t eAtA （112） )1 ()( 0 0 02 t e A tN （113） 设开始测量时刻为 tl，则 tl 时刻的活度为： )( 01 01 )()( tt etAtA （114） )( 0212 01 )()( tt etNtN （115） 若测量结束时刻为 t2，在 t1 到 t2 之间测到的放射性核衰变总数是 )1 ( )( )()( 0 )( 0 2 1 22 02010 01 ttttt tt eee A dtetNN （116） 则在 tl 到 t2 时间之间测得的总计数 C 为: Be

28、eeABNC ttttt )1 ( )()( 02 02010 （1 17） 其中: 为探测器总的探测效率; B 是在(tl 到 t2)期间的本底计数。于是可得到计算 A0 的公式: )1 ( )( )()( 0 02010 ttttt eee BC A （118） 求得 A0 后就可以综合上述公式求得中子注量。 通常在中子注量测量中多数是测量激活片的 放射性。这就要求激活片做得 较薄，既可以忽略中子在激活片深处的吸收，也可以忽略 射线射出激活片时的 吸收问题。 对于激活片材料的选择，是根据下列要求考虑的:1.材料的中子活化截面随中子 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测系统分析概 述 9

29、 能量的变化必须精确知道。在测量弱中子注量时，应选择截面大的材料，否则激活 放射性很弱，统计涨落太大。当测量强中子注量时，应选择截面小的材料，否则放 射性过强，探测器容易被阻塞;2.材料要纯，特别不能混有高激活截面的杂质。材 料也要容易加工成薄箔，使自吸收因素减小。3.要求反应产物的半衰期适宜于测量， 一般选在几分到几天为好;4.激活片辐射后最好只产生一种放射性核素，且其放射 性类型、能量和相对强度是已知。这里我们选银作为激活片。 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测系统的发展现 状 10 2.银活化探测系统的发展现状银活化探测系统的发展现状 上面讲到过银活化探测系统测量方法也是中子活化分

30、析的一部分，银活化探测 系统的发展历史伴随着中子活化分析的发展历史。活化分析的兴起和发展与任何一 门学科的发展过程一样，有其相应的历史背景、物质基础以及学科自身发展的规律 性。 2.1 中子活化分析的发展历史中子活化分析的发展历史 回顾活化分析七十余年的历史，大体上可分为四个阶段： 1开创阶段（1936 年至 1948 年） 从十九世纪末到二十世纪初，随着放射性的发现，放射性元素钋和镭的提 炼成功以及放射性衰变规律与原子模型的建立等，原子核物理与放射化学得到了迅 猛的发展。当时，新的发现和发明接踵而来。其中与活化分析密切相关的有，1928 年研制成功的 G-M（益革-米勒）计数器，1930 年

31、出现的高压倍加器，1931 年建 成的回旋加速器和静电加速器等。以费米为首的核物理学家，企图用中子轰击铀来 制备超铀元素，经过一番曲折之后，终于发现了核的裂变现象，并据此建成了反应 堆。与此相平行的则是化学家海维希和列维在 1936 年进行了历史上的第一次中子 活化分析。 但由于照射设备和测量仪器都很差，所以发展一直很缓慢。这一阶段，活化分 析水平的主要标志是：同位素中子源和气体电离的探测器。 2巩固阶段（1949 年至 1959 年） 1942 年建成了高中子通量的反应堆，1948 年又出现了 NaI（T1）闪烁探 测器，这两大发明将活化分析推进到了一个新的阶段。1951 年，雷第考脱等人首

32、 次用反应堆进行热中子活化分析，使活化分析成为当时具有最高灵敏度的分析方法。 用活化分析能测定 ppm 至 ppb 级，甚至含量更低的杂质元素，为当时的原子能工 业、半导体材料以及地球化学的发展作出了重要的贡献。在痕量分析中，确立了活 化分折的地位。与此同时，中子发生器、多道能谱分析仪以及其它活化分析仪器设 备大量生产，为活化分析的发展打下了物质基础。 这一阶段活化分折的主要标志是：堆中子活化、放化分离、NaI（T1）探 测器测量，应用对象以超纯材料为主。这一时期的文献资料约为 600 余篇。 3发展阶段（1959 年至 1970 年） 六十年代后，活化分析得到迅猛发展。推动活化分析发展的第一

33、动力是六 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测系统的发展现 状 11 十年代初期半导体探测器的出现。由于半导体探测器的分辨率比 NaI（T1）好几十 倍，从而使活化分析的传统工作方式发生了重大的变革。原来繁琐冗长操作变得更 为简单，并且不破坏样品进行分析。此外，Ge（Li）探测器的应用还使活化分析 测定多元素的得到发展。一次照射可同时测定四、五十种元素，从而提高了活化分 析与其它分析方法的竞争能力。 推动活化分析发展的第二个动力来自计算机的引入。1959 年，费特等人首次 将计算机用于活化分析，解析了五个组分的混合 谱。同年，魏纳迪和吉本斯设 计了与计算机配套的自动活化分析装置，从而实现了

34、中子活化分析的自动化、微型 化。 这阶段的主要标志：Ge（Li）探测器以及计算机的应用。另外，在自动放化 组分离、脉冲中子活化、氦-3 粒子活化、14 兆电子伏中子活化、瞬发辐射的利用 以及锎-252 源的应用等方面也都有了不同程度的进展。 4应用阶段（1970 年至今） 而今天活化分析技术己大规模的应用于各个领域。在中子活化分析得到广泛应 用后银活化分析方法迅速发展起来并应用于环境科学、生物学、医学、材料科学、 地球化学、考古学以及众多的其他领域中。在核物理中，凡涉及到研究中子与原子 核相互作用的问题，都首先遇到中子注量率测量问题，中子注量率测量的准确性直 接影响各种参数测量的准确性。目前，

35、银活化探测系统由于具有灵敏度高、稳定性 好等优点，日渐广泛的应用于中子注量(率)和中子产额的测量中。 2.2 银活化探测技术的发展现状银活化探测技术的发展现状 自从 1936 年匈牙利化学家实现了首次活化分析以后，中子活化法就得到了广 泛的应用。 广义上，活化分析是利用核粒子(或射线)与元素的原子核作用提供的种种信息 对该元素进行定性和定量分析的方法，从而得出核粒子或射线的某些信息。 第一个活化分析工作是利用同位素中子源进行的，只是到了 50 年代初研究性 反应堆出现后，中子活化分析才发展为实用的痕量多元素分析技术。活化分析是已 知中子注量，对未知元素进行定量分析;而利用活化法进行中子探测是用

36、成分已知 的材料(元素)对未知中子进行探测，活化法是中子探测的基本方法之一。近年来， 强脉冲辐射源受到越来越多的关注，这些辐射源的的特点之一是高中子注量率，高 的中子注量率使一些传统的中子注量测量方法， 另外这些脉冲辐射源的中子产额的分散性常在一个数量级左右，这种宽范围的 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测系统的发展现 状 12 测量也给中子探测增加了难度。相对来说，活化测量法是目前较有效和常用的测量 中子注量的方法之一。 选择活化中子探测器的条件是中子俘获截面大，生成的放射性核素的半衰期适 中，以及有较稳定的物理化学及机械性能。能够用作活化材料的元素很多，较常用 的有铟、银、铜、铝、铅

37、及金等。银具有半衰期比较合适，对慢中子的活化截面很 大，生成的放射性的粒子能量适中便于测量以及银片本身较软，很容易加工成薄片 等特点，使银成为最常用的一种激活片。 国内外多数 DPF 装置中子发射的研究中都采用活化法测量中子产额，但又有 所不同。不同点体现在活化材料、计数方法和标定方法上。用银做活化材料，G 一 M 计数管记录 射线，校准用固态放射性同位素源是最常用的方法。也可以用 铟代替银做活化材料使记录时间缩短。为克服 G 一 M 计数管的死时间，采用塑料 闪烁体和光电倍增管代替 G 一 M 计数管产生计数脉冲，使测量范围更宽。 在国外银活化探测器也是被广泛用来测量脉冲中子，主要用来测量各

38、种不同装 置上产生的 D 一 D 快中子的产额、注量或中子产额角分布。 在费米国家加速器实验室中，采用一种便携式的银活化探测器来测量中子剂量 方面的信息。它由聚乙烯慢化体和包 0.25mm 银箔的 G 一 M 计数管组成，主要用 来测量脉冲中子在 1 一 3mSv/hr 范围内的剂量当量率。 在 ICF 的快点火装置中(CLRC Rutherford Appleton Laboratory)，一个高灵 敏度的银活化探测器用来测量被加热的 CD 层产生的 D(D，n)3He 中子。整个探测 器的外围是高密度聚乙烯组成的慢化体，慢化体内是一个充当波导作用的有机玻璃 体，其外围包着 NE102 塑料

39、闪烁体，在闪烁体外围包着 0.5mm 厚银箔。入射中子 经过慢化后，在银箔上发生活化作用产生的 p 粒子在闪烁体内被阻止并产生光脉冲， 光子经过波导后到达光电倍增管并产生一个电脉冲，将此电脉冲输入到放大电路或 计数系统中就可得出正比于中子产额的一个计数。 在 JT-60 托克马克装置上，D 一 D 反应和其次级反应 D 一 T 反应都会产生中 子，由于 T 是 D 一 D 反应的生成物，能量为 1MeV。这个能量的氖发生 D 一 T 反 应的截面较小，但若氖的能量在等离子体中降至 165keV 时，D 一 T 反应的截面会 达到最大，可以看出，T 既是 D 一 D 反应的生成物，同时又是 D

40、一 T 反应的反应 物，所以 T 的数量是会变化的，通过测量 T 的燃烧率可以获得有关 D 一 T 等离子 体方面的信息。要测量 T 的燃烧率，就必须测量 D 一 D 中子产额和 D 一 T 中子产 额。对于 D 一 D 中子产额的测量就是使用银活化探测器来完成，测得的 2.5MeV 的 D 一 D 中子产额为 1015一 1016。 在等离子体焦点装置 IPF 一 2/20(20kJ，20kV)的中子诊断中，通过判断中子的 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测系统的发展现 状 13 的产额与角分布可与等离子体焦点装置中一些参量诸如电磁场量级、气体状态等联 系起来。采用多通道的银活化探测器

41、来测量总的中子产额和中子角分布，六个探测 器系列，每个探测器内包含 3 一 5 个包着银箔的 G 一 M 计数管。探测器分别布放 在距 IPF 一 2/20(20kJ，20kV)装置焦点 l 一 1.5m 的水平平面上的不同角度上 (00，550，900，1300，1600，1800。)，以期发现中子产额与中子分布各项异性之间 的相关性。对活化探测器采用同位素中子源饱和照射的方式进行标定。实验表明中 子向前发射的各项异性随中子产额的提高而增加。 2.3 银活化探测系统的应用银活化探测系统的应用 直线感应加速器是一种由电磁场加速的加速器。当高能电子束轰击某些重元素 做成的靶时，会产生很强的韧致

42、X 辐射，X 射线与 射线的特性相同，会和物质 发生(，n)反应，从而放出中子。这样得到的中子，其能谱是连续的。电子直线加 速器的中子产额，在电子能量大于 30MeV 时，和电子束的功率成正比。当电子能 量=100Mev 时，产额为 0.06n/e(天然铀靶)，0.066n/e(铀靶)和 0.036n/e(担靶)。这样 产生的中子能区宽，这是由于与韧致辐射相互作用的原子核激发的程度不同以及余 核的激发程度不同而引起的，从 eV 到 MeV。能够以同样的效率，既记录慢中子又 记录快中子的探测器是没有的，因此就需要使快中子慢化，并在慢化介质中选择一 个探测器的位置，使得从不同能量形成的慢中子的探测

43、效率都相同。这正好符合现 代银活化探测器的适用范围。 由电子加速器引出的电子束，能量较高而且束流较大，因此韧致辐射很强。在 韧致辐射过程中，入射电子原来的动量由原子核、光子和被偏转的电子三者之间分 配，所以韧致辐射光子可以具有任何动量值，对应的光子能量 hv 是连续谱，这里 h 是普朗克常数，v 是电磁波的频率。能量从零到最大值等于电子的动能，故韧致 辐射又称连续 X 射线。能量低时光子带走的能量较小，所以光子向各个方向发射; 能量高时，光子倾向于前向发射。在电子能量低于 1MeV 时引起的韧致辐射较弱， 随着电子能量在 1MeV 以上增加时，X 射线产额变得越来越大，此时，由于光核 作用产生

44、的有关中子方面的信息与强的 X 射线混合在一起，并且中子注量与 X 相 比小几个数量级以上，如何从这样的混合辐射场中提取中子的信息就是进行中子探 测的关键。 当 量子能量不太高时， （，n）反应产生的几率最大，甚至是唯一可能的。 （，n）反应永远是吸能的，因为其实质在于从核中将一个被束缚的中子轰击出来。 反应能等于中子在核内的结合能(绝对值)。反应阂能与反应能非常接近。据能量及 动量守恒定律可以确定它们之间的关系。如果 量子的能量 hv 等于反应阈能 Es, 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测系统的发展现 状 14 则 CS EQE （21） 式中: Ec 一放出中子后的靶核相对于中子的

45、速度等于零时的动能; P-一放出中子后的靶核的动量，它等于量子的动量。 消除 Ec 与尸后得 ) 2 1 ( 2 Mc E EQ S S （22） 式中 M核的质量。括号中的第二项是一个很小的修正值。利用 Q 与 Es 按绝对值来说相近这一点，可以将 Es 用 Q 代替。那么可以得到： ) 2 1 ( 2 Mc Q QE S （23） 式中 Q 为 Mev 量级的量，而 2Mc2 为 GeV 量级，因此 Es 与 Q 按绝对值的差 值为千分之几，即 keV 量级。实际上总可以认为光核反应的闭值等于束缚于核中 的粒子的结合能。 对于探测器本身和探测器所处的环境而言，能够产生（，n）反应的材料有很

46、 多，例如对于铝(27AI)，它的（，n）反应的闲能为 12.75Mev，28AI 的（，n） 反应的闭能为 7.72Mev，54Fe 的（，n）反应的闭能为 13.8Mev，55Fe 的 （，n）反应的闭能为 9.3Mev，56Fe 的（，n）反应的阐能为 11.07Mev，57Fe 的（，n）反应的闭能为 7.64Mev，107Ag 的（，n）反应的闭能为 9.6MeV，109Ag 的（，n）反应的阂能为 9.14Mev，181Ta 的（，n）反应的闭能 为 7.7Mev，182Ta 的（，n）反应的阂能为 6.1Mev。 (，n)反应生成的中子能量可近似表述为: cos 931 )(1(2 )( 1 A QEA A E QE A A EN （24） 式中:A 是靶物质的质量数，E 是 射线能量， 是中子发射角。 按照 射线所能达到的最大能量 12MeV 估算，以上各（，n）反应放出的中 子能量最大不超过 4.5MeV，且能量是连续分布的，为了准确地测量加速器周围的 中子注量，在测量过程中必须有效清除强 X、 射线的干扰，银活化探测器由于照 东华理工大学毕业设计（论文） 银活化探测系统的发展现 状 15 射和测量在时间上完全分开，因此就有可能避免 X 及 射线的干扰，达到中子探 测的目的。